[發明專利]雙通道高通量干涉成像光譜裝置及方法

在審

• 申請號: 201310728659.4
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN104748855A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 李建欣;劉德芳;孟鑫;史今賽;朱日宏;郭仁慧;沈華;馬駿;陳磊;何勇
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45;G02B27/10
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于光學成像領域，具體涉及一種雙通道高通量干涉成像光譜裝置及方法，利用雙通道光束的橫向剪切干涉原理，可以實現雙視場拼接進行大畫幅成像，也可以實現可見光和紅外的雙通道成像。

背景技術

光是信息的載體，成像儀可以通過采集的光學影像直觀的獲取目標的外觀信息，即空間信息；光譜儀可以根據光譜特征獲取目標的結構特征，成像光譜儀則是二者功能的有機結合，我們把可以同時獲得影像信息與像元的光譜信息的光學傳感器稱為成像光譜儀，成像光譜技術的實質是既得到目標圖像，又能得到每個像元對應的目標元的光譜曲線，即同時獲得目標圖像和各點光譜信息的雙重功能。

干涉成像光譜技術是上世紀80年代發展起來的新型探測技術，它源于傳統干涉光學與光譜學的融合。1880年邁克爾遜發明了以他名字命名的干涉儀;后來英國物理學家瑞利認識到干涉儀產生的干涉圖(干涉條紋)與光譜之間有著一種數學對應關系，即干涉圖可以通過傅立葉變換而得到光譜圖，此原理導致了干涉光譜技術的產生和發展，利用干涉信息與光譜信息之間存在的傅里葉變換關系來計算目標的光譜信息，并且獲取目標的二維空間信息。干涉成像光譜技術，具有高光通量、高目標分辨率等優點，具有廣闊的應用前景，在工業、農業、軍事偵察、大氣探測等領域具有重要的應用價值。現有干涉成像光譜技術光譜分辨率受獲取干涉光程差影響，光程差越大光譜分辨率越高。

橫向剪切分束器是橫向剪切干涉光譜儀的核心部件，目前應用比較多的主要有三角形循環光路橫向剪切分束器即Sagnac分束器和利用雙折射晶體實現橫向剪切的分束器。?Sagnac分束器采用共光路結構，系統裝調方便，抗噪聲能力強，但是體積大，不利于系統的輕小型化。利用雙折射晶體實現橫向剪切的分束器，能夠實現剪切系統的輕小型化，但是受限于雙折射晶體材料，該系統用于紅外波段探測受到限制。本發明雙通道高通量干涉成像光譜裝置及方法中采用的雙通道橫向剪切分束器采用非共光路結構，在實際使用中可以控制其結構緊湊，雙通道高通量干涉成像光譜裝置及方法具有高通量的特點，利用雙通道光束的橫向剪切干涉原理，可以實現雙視場拼接進行大畫幅成像，也可以實現可見光和紅外的雙通道成像。

發明內容

本發明的目的在于提供一種雙通道高通量干涉成像光譜裝置及方法，能夠實現雙通道的光束產生橫向剪切，利用雙通道光束的橫向剪切干涉原理，可以實現雙視場拼接進行大畫幅成像，也可以實現可見光和紅外的雙通道成像。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種雙通道高通量干涉成像光譜裝置，包括沿光路方向依次放置的前置光學系統、雙通道橫向剪切分束系統、第一成像系統和第二成像系統；其中，前置光學系統包括共光軸依次設置的前置物鏡和準直物鏡，前置成像物鏡的像面和準直物鏡的前焦面重合；雙通道橫向剪切分束系統包括順時針依次設置的第一半透半反分束鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡和第二半透半反分束鏡，第一半透半反分束鏡與第二半透半反分束鏡平行，第四反射鏡偏離第一反射鏡關于第一半透半反分束鏡和第二半透半反分束鏡的中心連線的中垂線對稱的位置，第三反射鏡同向偏離第二反射鏡關于第一半透半反分束鏡和第二半透半反分束鏡的中心連線的中垂線對稱的位置；第三反射鏡與第四反射鏡的偏離方向相同，且距離相等。其中第一半透半反分束鏡、第一反射鏡、第二反射鏡和第二半透半反分束鏡構成一個光通道，第一半透半反分束鏡、第三反射鏡、第四反射鏡和第二半透半反分束鏡構成另一個光通道；第一成像系統包括沿光路方向依次設置的成像物鏡、探測器，其中探測器的靶面位于成像物鏡的后焦面上；第二成像系統包括沿光路方向依次設置的成像物鏡、探測器，其中探測器的靶面位于成像物鏡的后焦面上；所有光學元件相對于基底同軸等高，即相對于光學平臺或儀器底座同軸等高。

本發明雙通道高通量干涉成像光譜裝置，光路走向如下：光線經過前置物鏡確定目標視場，消除雜散光進入準直物鏡形成的準直光束經過第一半透半反分束鏡后分為第一反射光和第一透射光：第一反射光首先入射到第一反射鏡，發生反射后經第二反射鏡反射后入射到第二半透半反分束鏡，光線經過第二半透半反分束鏡后分為第二反射光和第二透射光，第二反射光進入第一成像系統的成像物鏡，第二透射光進入第二成像系統的成像物鏡；第一透射光首先入射到第三反射鏡，經第三反射鏡反射到第四反射鏡，經第四反射鏡反射，光線經過第二半透半反分束鏡后分為第三反射光和第三透射光，第三反射光進入第二成像系統的成像物鏡，第三透射光進入第一成像系統的成像物鏡。

本發明雙通道高通量干涉成像光譜裝置及方法，包括以下步驟：